Curso de Física com Prof. Renato Brito - Apostila 1 - Mecânica - Termodinâmica - Óptica

S U M Á R I O

CAPÍTULO 1 - VETORES 1

1 - Grandezas escalares e grandezas vetrotoriais 1

2 - Vetores 1

3 - Operações com vetores – Soma vetorial 1

4 - Operações com vetores – subtração de vetores 2

5 - Método gráfico do paralelogramo 2

6 - Ângulo formado entre dois vetores 3

7 - Decomposição de vetores 3

8 - Multiplicação de um vetor por um número 5

9 - Propriedade do polígono fechado de vetores 5

10 - Representação i e j para vetores 6

11 – Expandindo para a notação i, j e k para vetores 7

12 - Breve Revisão de Geometria Plana 7

- Pensando em classe 10

- Pensando em casa 14

CAPÍTULO 2 – DE ARISTÓTELES A GALILEU

1 – Introdução 20

2 – O Pensamento Aristotélico e o senso comum 20

3 – Galileu chega ao conceito de Inércia 20

4 – O princípio da Relatividade de Galileu 22

5 – A primeira lei de Newton do movimento 23

6 – Entendendo o conceito de equilíbrio 23

7 – Entendendo o conceito de repouso 24

8 – O Papel da Força no Movimento dos Corpos 24

9 – Subindo ou descendo ? Acelerado ou retardado ? 25

– Pensando em classe 27

– Pensando em casa 29

10 – Aceleração: a rapidez com que a velocidade varia 34

11 – Movimento Uniforme (MU) 35

12 – Movimento Uniformemente Variado (MUV) 35

13 – A velocidade escalar média no MUV 36

14 – A função horária da Velocidade no MUV 36

15 – A função horária da posição no MUV 37

16 – Interpretação de gráficos 37

17 – Conversando sobre o lançamento horizontal 38

18 – Conversando sobre o lançamento obliquo 40

– Pensando em classe 43

– Pensando em casa 49

19 - Força produz aceleração 56

20 - Massa e peso 56

21 - Massa resiste a aceleração 57

22 - Segunda lei de Newton do movimento 57

23 - Quando a aceleração é g – Queda Livre 58

24 - Forças e interações 59

- Leitura Complementar: A natureza das forças 60

25 - Terceira lei de newton do movimento 62

26 - Ação e reação em massas diferentes 62

27 – Força de tração T em fios ideais 64

28 – Força de tração T em polias ideais 65

29 – Forças e deformações em molas ideais 66

30 – O Formato da Trajetória e o Par de Eixos Padrão 66

- Pensando em classe 70

- Pensando em casa 74

CAPÍTULO 3 – ESTUDO DO ATRITO

1 - Força de atrito seco de escorregamento entre sólidos 78

2 - Força de atrito estático e cinético 79

3 - A força de atrito na escala microscópica 80

4 - Resistência dos fluidos 82

- Pensando em classe 88

- Pensando em casa 94

CAPÍTULO 4 – DINÂMICA DO MOVIMENTO CURVILÍNEO

1 – Introdução 101

2 - As componentes tangencial e centrípeta da aceleração 102

3 - Forças em trajetória curvilínea 103

4 - Estudo do movimento de um Pêndulo Simples 104

5 – Dinâmica do MCU plano horizontal 105

6 - Uma questão intrigante: por que a lua não cai na Terra ? 107

7 - Comentários finais – Características do MCU 109

8 - Resumo das propriedades - Componentes da aceleração 111

- Pensando em classe 112

- Pensando em casa 117

APÊNDICE – REFERENCIAIS NÃO-INERCIAIS

1 – O Domínio de Validade das leis de Newton 125

2 – Introdução ao Referencial Inercial 125

3 – Propriedades dos Referenciais não-inerciais 127

4 - O Referencial Não Inercial 128

5 - O Princípio da Equivalência de Einstein 128

6 - O elevador acelerado para cima 129

7 - O elevador acelerado para baixo 130

8 - Vagão acelerado horizontalmente 130

9 – Forças de Interação e Forças de Inércia 132

- Pensando em classe 136

- Pensando em casa 138

CAPÍTULO 5 – TRABALHO E ENERGIA

1 - Por que estudar trabalho e energia ? 140

2 - O significado físico do trabalho realizado por uma força 140

3 - Entendendo o sinal algébrico do trabalho 141

4 - Trabalho realizado por forças internas 144

5 - Trabalho realizado por força constante inclinada 144

6 - Trabalho realizado por força de intensidade variável 146

7 - Aplicação: Cálculo do trabalho realizado pela força elástica 147

8 - Princípio da Trajetória Alternativa (P. T. A.) 148

9 - Princípio do trabalho total ou trabalho resultante 148

10 - Trabalho realizado pela força peso 150

11 - Forças conservativas e forças não-conservativas 151

12 - O Princípio da conservação da Energia Mecânica 151

13 - Condições para a conservação da Energia Mecânica 153

14 - Potência média e potência instantânea 155

15 – Máquinas 155

16 - O simples conceito de rendimento 156

- Pensando em classe 159

- Pensando em casa 163

CAPÍTULO 6 – SISTEMA DE PARTÍCULAS

1 - A quantidade de movimento (qdm) de uma partícula 172

2 - O impulso: o ganho de quantidade de movimento 172

3 - Impulso aplicado por uma força de intensidade variável 174

4 - O conceito de Sistema 175

5 - O conceito de Forças internas e Externas 176

6 - Entendo o impulso trocado entre dois corpos como uma mera transferência de

quantidade de movimento entre eles.176

7 - Coeficiente de restituição numa colisão 178

8 - Tipos de Colisão 178

9 - Caso Especial: Colisão elástica Unidimensional entre partículas de massas iguais 180

10 - Caso Especial: Colisão Unidimensional em que uma das massas é muito maior do

que a outra180

- Leitura Complementar: O Efeito da Baladeira Gravitacional 181

- Pensando em classe 183

- Pensando em casa 190

CAPÍTULO 7 – HIDROSTÁTICA

1 - O Conceito de Pressão 197

2 - Pressão exercida por uma coluna líquida 198

3 - A pressão atmosférica 201

4 - A Variação da Pressão no Interior de um gás 203

5 - A experiência de Torricelli 203

6 - Bebendo água de canudinho 205

7 - O Sifão 207

8 - O Princípio de Arquimedes do Empuxo 208

9 - A lógica por trás do Princípio de Arquimedes 209

10 - Calculando o empuxo a partir das leis de Newton 211

11 – Empuxo e Densidade 211

12 – Calculando o Empuxo Duplo 213

13 – Empuxo Não-Arquimedianos 214

14 – Referenciais não-inerciais na Hidrostática 220

15 – O Princípio de Pascal 222

16 – Mecanismos Hidráulicos 222

- Pensando em classe 224

- Pensando em casa 233

CAPÍTULO 8 – ESTÁTICA

1 – Introdução 247

2 - Momento de Uma Força 247

- Pensando em Classe 249

- Pensando em Casa 251

CAPÍTULO 9 – GRAVITAÇÃO UNIVERSAL

1 - Introdução 253

2 - Geocentrismo 253

3 - Heliocentrismo 253

4 - As três Leis de Kepler 254

5 - Lei da Gravitação Universal de Newton 254

6 - Intensidade do Campo Gravitacional 255

7 – Corpos em órbita 256

8 - Imponderabilidade no Interior de Satélites 256

9 – Entendendo as marés 256

- Pensando em Classe 258

- Pensando em Casa 262

CAPÍTULO 10 – ESPELHOS PLANOS

1 - Introdução 265

2 - Imagem de um Objeto Pontual 265

3 - Imagem de um Corpo Extenso 266

4 - Deslocamento e Velocidade da Imagem 266

5 - Campo Visual de um Espelho Plano 267

6 - Dois Espelhos Associados 267

7 - Rotação de um Espelho Plano 268

8 - Velocidade no Espelho Plano 268

9 – Enantiomorfismo 269

CAPÍTULO 11 – ESPELHOS ESFÉRICOS

1 - Introdução 271

2 - Elementos dos Espelhos Esféricos 271

3 - Leis da Reflexão 272

4 - Condições de Gauss 272

5 - Focos 272

6 - Raios Principais no Espelho Esférico 274

7 - Construção Geométrica de Imagens 274

8 - Espelho Esférico Convexo 275

9 – Espelho Esférico Côncavo 275

10 - Estudo Analítico 277

CAPÍTULO 12 – REFRAÇÃO DA LUZ

1 - Introdução 279

2 - Índice de Refração 279

3 - Leis de Refração da Luz 279

4 - Ângulo Limite e Reflexão Total 280

5 - Dioptro Plano 280

6 - Lâmina de Fases Paralelas 281

7 - Prisma Óptico 282

8 - Prismas de Reflexão Total 282

9 – Decomposição da Luz Branca 283

10 - Refração atmosférica, Miragens e Arco-íris. 284

CAPÍTULO 13 – LENTES ESFÉRICAS

1 - Introdução 286

2 - Tipos: Elementos e Nomenclatura 286

3 - Comportamento Óptico 287

4 - Focos 287

5 - Distância Focal e Pontos Antiprincipais 288

6 - Propriedades 288

7 - Construção Geométrica de Imagens 289

8 - Estudo Analítico 291

9 – Vergência (V) 291

10 - Fórmulas dos Fabricantes 291

11 – Associação de Lentes 292

12 – Instrumentos Ópticos 293

13 – Lupa 293

14 – Máquina Fotográfica 293

15 – Projetor 294

16 – Microscópio Composto 294

17 – Luneta Astronômica 294

18 – Óptica da Visão 294

19 – Comportamento Óptico do Globo Ocular 295

20 – Acomodação Visual 295

21 – Defeitos da Visão 295

- Pensando em classe 299

- Pensando em casa 311

CAPÍTULO 14 – Gases e Termodinâmica

1 – Entendendo o Estado Gasoso 326

2 – Leis experimentais dos gases 326

3 – A Equação de Estado do Gás ideal 328

4 – A Equação geral dos gases 329

5 – A Densidade do gás ideal 329

6 – Mistura de gases que não reagem entre si 330

6.1 – Lei de Dalton das Pressões Parciais 331

7 – Transformações gasosas particulares 332

7.1 – Transformação isovolumétrica – Estudo gráfico e analítico 332

7.2 – Transformação isobárica – Estudo gráfico e analítico 333

7.3 – Transformação isotérmica – Estudo gráfico e analítico 334

8 – A Teoria Cinética dos Gases 336

9 – Interpretação molecular da pressão de um gás ideal 337

10 - Interpretação molecular da temperatura de um gás ideal 337

11 – A Energia interna de um gás Ideal 339

12 – Trabalho em Transformações gasosas 339

13 – Maneiras para Aquecer ou Esfriar um gás 341

13.1 – Fornecendo energia ao gás 341

13.2 – Extraindo energia do gás 342

13.3 – Aumentando a energia interna U do gás 342

13.4 – Diminuindo a energia interna U do gás 342

14 – A 1ª Lei da Termodinâmica 343

15 – A Expansão Livre – Um caso especial 344

16 – Funções de Estado e Funções de Caminho 345

17 – Calores Molares dos gases - Cp e Cv 346

17.1 – Calor fornecido ao gás no processo isovolumétrico (Qv) 347

17.2 – Calor fornecido ao gás no processo isobárico (Qp) 347

17.3 – Analise Comparativa entre Qp e Qv 348

17.4 – Proporção entre Qp, Qv, DU e tisob nesse contexto 348

18 – Relação entre Cv e DU 349

19 – A transformação adiabática 349

19.1 – Processos adiabáticos no dia-a-dia 350

19.2 – Estudo analítico da transformação adiabática 351

19.3 – Estudo gráfico da transformação adiabática 351

20 – Ciclos Termodinâmicos 352

20.1 – A variação da energia interna DU num ciclo termodinâmico 352

20.2 – O trabalho realizado num ciclo termodinâmico 352

20.3 – O calor trocado por um gás num ciclo termodinâmico 353

20.4 – A primeira lei da termodinâmica aplicada a um ciclo 353

20.5 – Interpretando o Ciclo – Máquinas Térmicas 354

20.6 – O conceito de rendimento de uma máquina térmica 354

20.7 – Máquinas Frigoríficas 355

20.8 – Eficiência de máquinas frigoríficas 355

21 – A segunda lei da Termodinâmica 355

22 – O ciclo de Carnot 356

22.1 – A máquina de Carnot na prática – Exemplo Numérico 357

23 – Uma visão histórica das máquinas térmicas 359

23.1 – Ciclo Otto – motores de automóveis 359

24 – Leis da Termodinâmica – Considerações Finais 360

25 – AutoTestes comentados 363

- Pensando em classe 365

- Pensando em casa 375

Gabarito Comentado 403

Manual de Resoluções 415

Cronograma de aulas da Frente 2